Духовный регламент 1721 года устанавливал необходимость «всякому епископу иметь при доме своём школу для детей священнических и прочих, в надежду священства определённых». Несмотря на то, что образование в них имело богословский характер, такие учебные заведения должны были стать и общеобразовательными. На содержание этих школ положено было «от знатнейших в епархии монастырей брать всякого хлеба двадцатую долю, да от земель церковных, где суть, тридцатую долю… и на сколько бы человек стало хлеба оного к пропитанию и иным нуждам… толикое бы число учеников с потребными служителями было». Первая архиерейская школа в Вологде была открыта в 1724 г., затем какое-то время не функционировала и открылась вновь в 1730 г. при епископе Афанасии (Кондоиди). Она располагалась в Архиерейском доме и именовалась «Славено-латинской школой» или «Славено-латинской семинарией». Первоначально в ней обучалось около 20 человек. Первыми учителями были ученик Московской славяно-греко-латинской академии Иван Толмачёв и студент Киевской академии Н.Г. Соколовский. В 1740-е гг., видимо, первым учителем-вологжанином стал Иван Ключарёв, окончивший Московскую славяно-греко-латинскую академию.

Первоначально семинария делилась на два отделения: славяно-российское и славяно-латинское (состояло из класса грамматики, где изучалась латынь, и класса риторики, где изучались стихосложение и искусство проповеди). В 1751 г. открылся философский класс, в котором на латинском языке преподавали диалектику, физику, психологию, метафизику, а в 1778 г. – высший в принятой тогда системе семинарского образования богословский класс. Во второй половине XVIII в. семинария превращается в одно из крупных учебных заведений Европейского Севера, в 1780-х гг. в ней обучалось до 500 человек.

В зданиях Архиерейского двора места для семинарии не хватало. Указом Синода от 1797 г. ей были переданы расположенные на берегу реки Вологды палаты XVII века бывшего соляного двора Кирилло-Белозерского монастыря, приспособленные чуть ранее для размещения присутственных мест. Семинарской стала расположенная к югу от здания церковь Кирилла Белозерского на Кирилловской улице (построена в 1650-х гг., снесена в 1963 г.). Обучение было бесплатным. Изучались как предметы богословского цикла (богословие, литургика, гомилетика, церковная история, церковное пение), так и общеобразовательные (языки греческий, латинский, иврит, церковно-славянский, французский, немецкий; география, арифметика, алгебра, гражданская история).

В 1814 г. в ходе реформы духовного образования низшее звено было отделено от семинарии и преобразовано в духовное училище, для которого в 1830-е гг. были куплены и приспособлены два каменных двухэтажных дома (ныне улица С. Орлова,  1). В ходе реформы был расширен круг изучаемых в семинарии предметов. В программу обучения были включены логика, психология, естественная история, сельское хозяйство, медицина и тем самым курс семинарии был приближен к гимназическому. В 1867 г. был утверждён новый устав духовных семинарий. В соответствии с ним из программ исключили медицину и сельское хозяйство, но ввели педагогику. Первые четыре года семинаристы проходили гимназический курс с добавлением некоторых богословских предметов, а два последних года изучались исключительно богословские дисциплины. Была расширена самостоятельность семинарий, появилось право оспаривать распоряжения преосвященного. Проведённая вскоре учебным комитетом Синода ревизия Вологодской семинарии нашла её состояние «вполне удовлетворительным». Новый устав 1884 года вновь усилил власть архиереев в отношении семинарий, увеличил количество часов на богословские предметы, ввёл запрет на поступление выпускников семинарий в университеты. Это право было восстановлено лишь определением Синода 1907 года.

Преподавательский корпус Вологодской семинарии был достаточно квалифицированным, что обеспечивало неплохой по меркам того времени уровень как профессионального, так и общего образования. Значительное количество семинарских преподавателей имели за плечами обучение в духовных академии, а некоторые обладали и магистерскими степенями (А.И. Малевинский, И.В. Прокшев и др.). Подготовленная, правда, после выхода в отставку, А.Н. Хергозерским книга «Обозрение пророческих книг Ветхого Завета» (СПб., 1873) не только удостоилась премии учебного комитета при Синоде, но и была рекомендована в качестве учебника для семинарий. Полученные в Вологодской семинарии знания и творческий заряд позволяли выпускникам проявлять себя на различных поприщах. Из её стен вышли такие известные учёные, как первый в России доктор медицины М.Я. Мудров; правовед, профессор Дерптского и Санкт-Петербургского университетов А.С. Жиряев (выпуск 1832 г.); краевед, археограф, историк, языковед, член-корреспондент АН П.И. Савваитов (выпуск 1833 г.); историк-краевед Н.И. Суворов (выпуск 1836 г.); врач-терапевт, профессор Киевского университета В.П. Образцов (выпуск 1870 г.); один из основоположников русской физиологической школы, член-корреспондент АН Н.Е. Введенский (выпуск 1872 г.); учёный-богослов, историк церкви Н.Н. Глубоковский (выпуск 1884 г.); журналист, издатель, основатель журнала «Наука и жизнь» М.Н. Глубоковский (выпуск 1875 г.); крупный учёный-геолог Д.С. Белянкин и другие. Выпускниками Вологодской семинарии являлись крупные деятели Русской православной церкви, в частности, митрополит Горьковский и Арзамасский Корнилий (Попов) (выпуск 1894  г.), архиепископ Ташкентский и Среднеазиатский Борис (Шипулин) (выпуск 1896 г.), архиепископ Вологодский и Череповецкий (позднее – Казанский и Чистопольский) Иустин (Мальцев) (выпуск 1911 г.), архиепископ Туркестанский и Ташкентский Иннокентий (Пустынский) (выпуск 1890 г.) и другие.

После закрытия семинарии в 1918–1919 гг. в здании размещался Пролетарский университет, преобразованный затем в рабфак молочно-хозяйственного института. В 1918–1923 гг. часть здания занимал Вологодский педагогический институт, преобразованный в Институт народного образования, а затем в педтехникум. Позднее здесь размещался областной исполнительный комитет Совета депутатов трудящихся. В конце 1980-х гг., после перевода облисполкома в новое здание на ул. Герцена, 2 в бывшем семинарском здании разместились Вологодский государственный политехнический институт (ныне Вологодский государственный университет), в западном крыле располагалось областное управление Министерства Российской Федерации по налогам и сборам.